3B Scientific Magdeburg Plates - Manual (Page 11)

11
3. Principio di funzionamento
La Terra è circondata da uno strato d’aria, l’atmosfera.
Le molecole presenti nell’aria sono sottoposte, come
tutta la materia in generale, alla forza di gravità e si
concentrano quindi sulla superficie terrestre. La pres-
sione atmosferica esercitata dalla massa d’aria è mas-
sima a livello del mare e diminuisce man mano che ci
si allontana dalla superficie della Terra. Analogamen-
te a quanto accade con i liquidi, la pressione dell’aria
agisce uniformemente su tutte le parti di un corpo. In
un corpo aperto la pressione interna e quella esterna
si trovano sempre in equilibrio. Se la pressione inter-
na è minore di quella esterna, lo stato di equilibrio si
ricrea con l’introduzione di aria. Nel caso contrario, se
la pressione interna è maggiore di quella esterna la
compensazione avviene con la fuoriuscita d’aria. In un
corpo chiuso la forza risultante dalla differenza fra la
pressione interna e quella esterna agisce nel primo caso
comprimendo la superficie del corpo e nel secondo
caso esercitando una spinta verso l’esterno, portando
il corpo ad esplodere.
Il fisico nonché borgomastro di Magdeburgo Otto von
Guericke dimostrò per primo l’azione della pressione
atmosferica. Iniziò a fare esperimenti sul vuoto intor-
no al 1650 e ottenne il suo risultato migliore durante
un esperimento spettacolare condotto nel 1654 a
Regensburg davanti all’imperatore Ferdinando III: gli
emisferi di Magdeburgo. Si trattava di due semisfere di
rame del diametro di 42 cm, unite ermeticamente gra-
zie a una striscia di pelle impregnata di olio e cera,
dentro le quali Guericke aveva creato il vuoto. La pres-
sione dell’aria premeva a tal punto le semisfere una
contro l’altra che 16 cavalli non riuscirono a separarle.
4. Comandi
4.1 Dimostrazione dell’effetto della pressione
atmosferica
•
Prima dell’esperimento verificare che l’anello di te-
nuta in gomma e le piastre non presentino danni.
• Eseguire il collegamento dei tubi fra la pompa
manuale
8 e la piastra di Magdeburgo 3 come
illustrato nella figura 1.
•
A tal fine inserire uno nell’altro i connettori per
tubi e innestarli facendoli ruotare premendo leg-
germente.
•
Posizionare sulla piastra l’anello di tenuta in gom-
ma desiderato e premere una contro l’altra le due
piastre.
• Se si sceglie l’anello in gomma con diametro mino-
re è più facile separare le piastre tirando. È possibile
eseguire un confronto empirico; utilizzando uno di
seguito all’altro i due anelli in gomma si dimostra la
dipendenza della forza dalla superficie.
•
Una seconda persona inizia a creare il vuoto uti-
lizzando la pompa manuale.
• È sufficiente pompare alcune volte per eliminare
la maggior parte dell’aria fra le piastre.
•
Dimostrare l’azione della pressione atmosferica
tirando gli emisferi.
• Immettere aria nell’apparecchiatura allentando
il tubo collegato alla piastra di Magdeburgo.
Fig.1
4.2 Misurazione quantitativa
4.2.1 Determinazione grossolana in via sperimentale
della pressione atmosferica
• Assemblare l’apparecchio come descritto al pun-
to 4.1 dell’esperimento.
•
Creare il vuoto eliminando l’aria fra le piastre.
•
La persona che tiene le piastre di Magdeburgo sale
su una bilancia pesapersone e osserva la scala gra-
duata mentre la seconda persona cerca di sepa-
rare le piastre tirandole verso il basso il senso ver-
ticale.
•
Annotare il valore segnato dalla bilancia nel mo-
mento in cui le piastre si separano.
• Effettuare il calcolo utilizzando la formula
pressione = forza/superficie
•
Per determinare la forza, sottrarre dal valore let-
to sulla bilancia il peso del corpo e il peso delle
piastre di Magdeburgo. Per convertire in Newton
moltiplicare per 9,8 il valore indicato in kg.
•
La forza che comprime le piastre una contro l’al-
tra corrisponde alla forza esercitata dalla pressio-
ne dell’aria sulla superficie limitata dall’anello in
gomma. Quindi per determinare la superficie cal-
colare il diametro medio dell’anello in gomma e
convertire in m².
• 1 N/m² corrisponde a 1 Pa. Poiché il valore calco-
lato è molto grande, è consigliabile convertire il
risultato in kPa.
• Si consiglia di eseguire un confronto con la pressio-
ne dell’aria effettiva misurata con un barometro.
•
Parlare con gli studenti delle cause di errore (ad
es. imprecisione della bilancia pesapersone e let-
tura imprecisa del valore, trazione della piastra
di Magdeburgo non in direzione perfettamente
verticale, quantità residua di aria fra le piastre).
Dotazione supplementare necessaria:
1 bilancia pesapersone
1
2 3
8